бжд лекции / Лекция № 11
.docЛекция № 11.
Электромагнитные излучения
ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
В машиностроении широко используют электромагнитные поля, как переменные, так и постоянные. Их применяют для индукционной и диэлектрической термообработки различных материалов, для получения плазменного состояния вещества, радиовещания и телевидения и др. Применение новых технологических процессов дает значительное улучшение условий труда, так как отсутствие плавильных или нагревательных печей снижает загазованность воздуха на рабочих местах, уменьшает интенсивность теплового облучения. Однако устройства, генерирующие электромагнитные поля, обусловили появление ряда проблем по защите персонала от их воздействия. Опасность воздействия электромагнитных, постоянных магнитных и электростатических полей усугубляется тем, что они не обнаруживаются органами чувств.
Источники и характеристики электромагнитных полей
Источниками электромагнитных полей являются: атмосферное электричество, радиоизлучения солнца и галактик, квазистатические, электрические и магнитные поля земли, искусственные источники (электротермические установки с машинными генераторами, клистронные и магннтронные генераторы и т. п.).
Искусственными источниками являются индукторы, конденсаторы термических установок с ламповыми генераторами (мощность которых обычно лежит в пределах И—200 кВт); фидерные линии, соединяющие отдельные части генераторов, трансформаторы, антенны, фланцевые соединения волноводных трактов, открытые концы волноводов, генераторы сверхвысоких частот.
Линии электропередач (ЛЭП) напряжением до 1150 кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные, соединительные шины и вспомогательные устройства являются источниками электрических полей промышленной частоты. При работе с легко электризующимися мате-
риалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока образуются электростатические поля.
Источниками постоянных магнитных полей являются: электромагниты, соленоиды, импульсные установки полу-периодного или конденсаторного типа, литые и металло-керамические магниты.
Электромагнитное поле, создаваемое источниками, характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля преобразуется в другие виды энергии. Переменное электромагнитное поле является совокупностью двух взаимосвязанных переменных полей— электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е (В/м) и Н (А/м). При распространении электромагнитной волны в проводящей среде секторы Е к Н связаны соотношением
Е - Н
(18)
где ю — круговая частота электромагнитных колебаний; ц — магнитная проницаемость этого вещества; V — удель-
ная электропроводность вещества экрана; А =
коэффициент затухания; г — глубина проникновения электромагнитного поля в экран.
При распространении в вакууме или в воздухе с — = 377 Я. Фазы колебания векторов Е к Н происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях.
В зависимости от длины волны, генерируемой источниками, весь радиодиапазоп электромагнитных полей разбит на поддиапазоны (табл. 8).
' Длина волны К (м) связана с частотой / (Гц) соотношением волн А/=У, где V — скорость распространения электромагнитных волн, равная V = с!У ~\з.$ (с — скорость света; ц и е — магнитная и диэлектрическая проницаемость среды). Для воздуха V & с. Электромагнитное поле несет энергию, определяемую плотностью (Вт/мг) пото-
-> -* ~у
ка мощности (энергии) 1 — ЕН, которая показывает, какое количество энергии протекает за 1 с сквозь площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно движению
Таблица 8 Классификация электромагнитных полей радиочастот
Частоты
|
Высокие частоты (ВЧ) 100 кГц -30 МГц
|
Ультравысо-кис частоты (УВЧ) 30-300 Л1гц
|
Сверхвысокие частоты (СВЧ) 800 МГя-300 ГГц
|
||
Длины волн
|
Длинные 3 кя — 10 м
|
10 и~1 м
|
Дециметровые 1 м — 10 см
|
Сантиметровые 10 см— 1 см
|
Миллиметровые 1 см— 1 мм
|
волны. При излучении сферических волн плотность потока энергии может быть выражена через мощность, подводимую к излучателю 'Рист:
(19)
откуда напряженность электрического поля (В/м) Е — у ЗОРист/г,где г — расстояние до источника излучения.
Все эти рассуждения откосятся к волновой зоне, или
зоне излучения, которая характеризуется бегущей элект-
ромагнитной полной. Расположена эта зона на расстоя-
'нии /?>?1/2л^Х/6 от источника; на расстоянии К^.К/&
•-располагается зона индукции, в которой еще не сформи-
ровалась бегущая электромагнитная волна, электриче-
^кое и магнитное "поля следует считать независимыми
друг от друга, поэтому эту зону можно характеризовать
как электрической, так и магнитной составляющими
электромагнитного поля.
§ 48. Воздействие переменных электромагнитных нолей
на человека
Воздействие электромагнитных полей на человека зависит от напряженностей электрического и магнитного по л ей, ""поток а энергии, частоты колебаний, размера облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей организма.
Электромагнитное поле воздействует следующим образом: и электрическом поле атомы и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются, полярные молекулы (например, воды) ориентируются по направ-
лению распространения электромагнитного поля; в электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, крови и т. п., после воздействия внешнего поля появляются ионные токи. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилии, хрящи и т. д.}, так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время воздействия, тем сильнее проявляются указанные эффекты.
Избыточная теплота отводится до известного предела путем увеличения нагрузки па механизм терморегуляции. Однако начиная с величины /=10 мВт/см2, называемой тепловым порогом, организм не справляется с отводом образующейся теплоты, и температура тела повышается, что приносит вред здоровью.
Наиболее интенсивно электромагнитные поля воздействуют на органы с большим содержанием воды. Перегрев же особенно вреден для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или с недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный пузырь и мочевой), так как кровеносную систему можно уподобить системе водяного охлаждения. Облучение глаз вызывает помутнение хрусталика (катаракту), которое обнаруживается не сразу, а через несколько дней или недель после облучения.
Электромагнитные поля оказывают специфическое воздействие на ткани человека как биологические объекты при интенсивности поля, значительно меньшей теплового порога. Они изменяют ориентацию клеток или цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий электрического поля, ослабляют биохимическую активность белковых молекул, нарушают функции сер-•дечио-сосудистой системы и обмена веществ. Однако эти изменения носят обратимый характер: достаточно прекратить облучение, и болезненные явления исчезают.
Воздействие постоянных магнитных и электростатических полей зависит от напряженности и времени воздействия. При воздействии полей, имеющих-- напряженность выше предельно допустимого уровня, развиваются нарушения со стороны нервной, сердечно-сосудистой систем, органов дыхания, органов пищеварения, и некоторых биохимических показателей крови.
213